JP4648764B2 - 噴射攪拌工法および噴射攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、軟弱な地盤に地盤改良用媒体を含侵させて杭を構築する噴射攪拌工法および噴射攪拌装置に関し、特に下部の第一の噴射部と第二の噴射部が反応材および地盤改良用媒体を略同一の方向に噴射するとともに、上部の第三の噴射部が混合された圧縮空気と水を反応材および地盤改良用媒体と対向する方向に噴射する噴射攪拌工法および噴射攪拌装置に関する。

従来から、建築、土木工事において、軟弱な地盤を硬化させるために地盤硬化剤を地盤に含侵させて地盤を硬化する工法が用いられている。このような地盤改良を目的とした方法として様々な工法が提案されているが、特に、作業性や確実性の利点から噴射攪拌工法が広く用いられている。
従来の噴射攪拌工法は、例えば出願人が特願２００３−３７９１２６号に開示したように、ロッドに設けた噴射部から、圧縮空気と水を強力に噴射して地盤を水圧で破砕切削した後、セメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体と、地盤改良用媒体の硬化を促進する反応材を噴射して攪拌し、所定径の杭を構築する工法である。

従来の噴射攪拌装置は、第一の噴射部と第二の噴射部が対抗する方向に噴射物を射出するように設けられ、第三の噴射部は混合した圧縮空気と水を対向する方向にそれぞれ噴射するように設けられている構成であった。回転速度と上昇速度等の施工条件を適宜設定することにより、必要な範囲で地盤を満遍なく攪拌し、改良材と反応材を加える事により十分な強度を有した杭を迅速に形成することが可能である。
しかし、従来の噴射攪拌装置を用いた噴射攪拌工法では、第一の噴射部と第二の噴射部を対向する方向に設けているため反応材と地盤改良用媒体は反対方向に射出するので、地盤の状態や施工条件によっては攪拌ムラが発生しやすく、反応材と地盤改良用媒体の混合が適切に行われないケースがあった。
攪拌ムラの発生を防ぎ、反応材と硬化剤を確実に混合させることができる噴射攪拌工法および噴射攪拌装置の開発が待たれていた。

特願２００３−３７９１２６号

上記問題を解決するために、本発明の噴射攪拌工法および噴射攪拌装置は、軟弱な地盤に地盤改良用媒体を含侵させて杭を構築する噴射攪拌工法および噴射攪拌装置に関し、特に下部の第一の噴射部と第二の噴射部が反応材および地盤改良用媒体を略同一の方向に噴射するとともに、上部の第三の噴射部が混合された圧縮空気と水を、反応材および地盤改良用媒体と対向する方向に噴射する噴射攪拌工法とそれに用いる噴射攪拌装置を提供する事を目的としている。

上記目的を達成するために本発明に係る噴射攪拌工法および噴射攪拌装置は、下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、所定径の杭を構築する工法である。

前記噴射攪拌工法において、第一の噴射部と第二の噴射部は水平方向に並列に配置され、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口を略同一方向に向けて設けられており、反応材および地盤改良用媒体が同一方向に水平かつ平行に噴射される工法でもある。また、前記請求項２記載の噴射攪拌工法において、反応材を噴射する第二の噴射部を地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部よりも所定寸法上に設け、ロッドが回転および上昇することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合される工法でもある。さらに、前記噴射攪拌工法において、ロッドの回転方向に対して先側に反応材を噴射する第二の噴射部が設けられ、後側に下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部が設けられており、ロッドの回転することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合される工法でもある。

前記噴射攪拌工法において、地表に排出させた水を含んだ泥土からなる前記排泥から一定粒径以上の固形物を分離除去し前記地盤改良用媒体と混合して混合媒体を形成し第一の噴射部から地盤改良用媒体として混合媒体を噴射する工法でもある。前記噴射攪拌工法において、地表に排出させた水を含んだ泥土からなる前記排泥から一定粒径以上の固形物を分離除去し前記地盤改良用媒体と混合して混合媒体を形成し圧送ポンプで圧送して第一の噴射部から地盤改良用媒体として該混合媒体を噴射する工法でもある。

下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、所定径の杭を構築する構成である。

前記噴射攪拌装置において、第一の噴射部と第二の噴射部は水平方向に並列に配置され、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口を略同一方向に向けて設けられており、反応材および地盤改良用媒体が同一方向に水平かつ平行に噴射される構成でもある。前記請求項７記載の噴射攪拌装置において、反応材を噴射する第二の噴射部を地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部よりも所定寸法上に設け、ロッドが回転および上昇することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合される構成でもある。前記噴射攪拌装置において、ロッドの回転方向に対して先側に反応材を噴射する第二の噴射部が設けられ、後側に下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部が設けられており、ロッドの回転することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合される構成でもある。

上記詳述した通り、本発明にかかる噴射攪拌工法および噴射攪拌装置は、上記のような構成であるので、以下のような効果を奏する、
１．ロッドの下段において反応材と地盤改良用媒体の噴射により発生する力が、上段の混合した圧縮空気と水の噴射により発生する力とは対向方向に発生するため、施工時に特定方向への大きな負荷がかかってロッドが撓んだり、ロッドの回転軸がずれるのを防ぐことが出来る。
２．反応材と地盤改良用媒体の噴射方向が水平方向に略平行であるため、地盤に確実に反応材と地盤効果用媒体を含浸させて攪拌することが可能であり、攪拌ムラを防ぐことが出来る。

３．地盤に対して先に反応材が混合されるため、地盤に対して先に反応材の混合が満遍なく行われ、攪拌ムラを防ぐことができる噴射攪拌工法を提供できる。
４．反応材の噴射部が、地盤改良用媒体の噴射部よりも所定距離上に設けられているため、地盤に対して先に反応材の混合が万遍なく行われ、攪拌ムラを防ぐことができる噴射攪拌工法を提供できる。
５．本来は産業廃棄物として処理される排泥から一定粒径以下の固形物を除去し、排泥を再利用するため、経済的かつ地球環境にやさしい噴射攪拌工法を提供できる。
６．圧送ポンプを利用することにより、比較的粒径の大きな排泥土を地盤改良用媒体に混合したとしても、容易に噴射を行うことができる。

７．ロッドの下段において第一と第二の噴射部からの噴射により発生する力と、上段の第三の噴射部からの噴射により発生する力が対向する方向に発生するため、施工時に特定方向への大きな負荷がかかってロッドが撓んだり、ロッドの回転軸がずれるのを防ぐことが出来る噴射攪拌装置である。
８．第一と第二の噴射部からの噴射方向が水平方向に略平行であるため、地盤に確実に反応材と地盤効果用媒体を含浸させて攪拌することが可能であり、攪拌ムラを防ぐことが出来る。
９．地盤に対して先に反応材が混合されるため、地盤に対して先に反応材の混合が満遍なく行われ、攪拌ムラを防ぐことができる。
１０．反応材の噴射部が、地盤改良用媒体の噴射部よりも所定距離上に設けられているため、地盤に対して先に反応材の混合が万遍なく行われ、攪拌ムラを防ぐことができる。

以下に本発明に係る噴射攪拌工法および噴射攪拌装置を図面に示す実施例にしたがって詳細に説明する。図１は本発明の噴射攪拌装置の概略図であり、図２は本発明の噴射攪拌装置のロッドの断面図である。図３は本発明の実施例１の噴射攪拌装置の第一の噴射部および第二の噴射部付近の拡大図であり、図４は、本発明の実施例２の噴射攪拌装置の第一の噴射部および第二の噴射部付近の拡大図である。
図１に示すように、本発明の噴射攪拌装置１０は、駆動装置２０と、押圧進入装置３０（給進装置）と、ロッド４０とからなる。また、図示されていないが、必須的構成要素としてロッド４０内に水、圧縮空気、地盤改良用媒体、反応材をそれぞれ圧送するための各ポンプを別に備えている。駆動装置２０および押圧進入装置３０については、従来技術と同様のものを用いれば足りるのでその詳細については必要に応じて詳述する。

図に示すロッド４０は、多重円管であって噴射口を略同一の方向に向けた第一の噴射部と第二の噴射部が設けられており、第一と第二の噴射部よりも上段に噴射口を第一と第二の噴射部とはほぼ逆の方向に向けた第三の噴射部が設けられている構成である。また、ロッドの内部には、各噴射部に水、圧縮空気、地盤改良用媒体、反応材を各噴射部に供給する流路が設けられており、各噴射部に噴射物を供給する。
ロッドの内部の構成は、図の構成に限定されない。例えば、径の異なる４つの管体を多重配設し、各管体間の隙間を介してそれぞれ水、圧縮空気、地盤改良用媒体、反応材をそれぞれ混合する事なく別体として加圧圧送して噴射する構成としてもよい。また、後述する第三の噴射部付近には圧縮空気と水を混合する混合部が設けられるが、混合する方法や混合部の構成も特に限定されない。

第一の噴射部４２は、セメントミルク等の硬化剤を主体とする地盤改良用媒体を噴射する噴射口であり、第二の噴射部４４は、第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する噴射口である。噴射部のノズル形状等は、用いる地盤改良用媒体および反応材の性質を考慮して適宜決定すればよく、特に限定されない。
地盤改良用媒体および反応材は、従来の噴射攪拌工法に用いられているものをそのまま使用することができる。従来の地盤攪拌工法に用いられている地盤改良用媒体の主成分は、セメントミルク等の硬化剤である。また、噴射攪拌工法の施工時に排出される排泥から特定の粒径以上の固形物を分離除去した残土を硬化剤と混合し、地盤改良用媒体として利用することも可能である。固形物を分離除去する方法としては篩などを用いる方法が考えられるが、特定の方法に限定されない。反応材には、セメントミルク等と反応して硬化を促進する水ガラスや珪酸ソーダ等等を用いている。地盤改良用媒体と反応材は、混合により反応して地盤を硬化または改質することが出来ればよく、その材質化学成分は特に限定されない

第一の噴射部４２および第二の噴射部４４の配置関係は、それぞれが噴射物をほぼ同一の方向に噴射することができればよく、特に微細な位置までは限定されない。最も単純な配置として、第一と第二の噴射部を縦に並列させた構成が考えられる。ただし、本発明では、反応材と地盤改良用媒体との攪拌ムラをより少なくするために、図３および図４に示すように第一と第二の噴射部を平行または少しの段差を付けて配設した構成を採用している。第一の噴射部４２と第二の噴射部４４を図３または図４のように設けた構成については、後述する各実施例にて詳細に説明する。

第一の噴射部４２と第二の噴射部４４の噴射方向は、互いに平行な方向とすることが望ましいが、完全に平行状態に噴射されなくとも良い。各噴射部を水平方向に並列に配し、噴射方向をロッドと垂直に噴射する構成としても、ロッドにかかる力の方向は双方の噴射により発生する力の合力の方向である。後述する第三の噴射部４６の設置位置および噴射方向と高さを適宜決定すれば、第一の噴射部４２と第二の噴射部４４の方向は任意に設定することができる。ただし、反応材と地盤改良用媒体が平行に噴射される噴射方向を統一すれば、第三の噴射部４６の配置決定が容易となると考えられる。

第三の噴射部４６は、第一の噴射部４２と第二の噴射部４４よりも上段に、第一と第二の噴射部から噴射物が噴射されることにより反作用で発生する力と略同一の方向に圧縮空気と水とを混合噴射する噴射口である。第一と第二の噴射部と同様に、噴射部のノズル形状は、圧縮空気と水を所定の圧力で噴射可能な形状であればよく、特に限定されない。
第三の噴射部４６の位置は、第一と第二の噴射部の設置位置と噴射物の噴射方向および噴射時にロッドに対して発生する力を考慮して決定する必要がある。例えば、第一と第二の噴射部が平行に特定の方向に噴射される場合、第三の噴射部は、第一と第二の噴射部と対向する方向に向けて噴射するように設ければよい。また、第一と第二の噴射部の噴射方向が若干異なる場合、それぞれの噴射部により発生する力の合力に基づいて決定することができる。

図１に基づいて、本発明の噴射攪拌工法について特に従来の噴射攪拌工法との相違点を詳細に説明する。まず、ロッド４０を地盤中の任意の深度まで押圧進入させる。次に、ロッドを回転させながら引き上げつつ、第三の噴射部４６から所定の範囲に到達する圧縮空気と水とを噴射させ、ロッドを中心とした円筒形の切削部（地盤改良域）を形成する。本発明の噴射攪拌装置１０は、圧縮空気と水を一方向のみに噴射する構成であるが、回転速度等を適宜設定することにより、従来の両方向に噴射する装置と同様の作用効果が得られる。なお、第三の噴射部４６が噴射を開始すると同時に、ロッドは噴射の反作用により発生した力の影響を受ける。
切削破砕によって生じた小石と土と水とからなる排泥は、掘削孔を通して地表に吸排出される。排泥は一般的に産業廃棄物として処理する必要があるが、排泥から水分を取り除いたのち一定粒径以上の固形物を取り出し、残った排泥を地盤改良用媒体と混合して再利用することが可能である。この点は従来の技術とは大きく異なる点と考えられる。

次に、ロッド４０を徐々に上昇させ、下段の第一の噴射部４２と第二の噴射部４４が地盤改良域に到達したら、第二の噴射部４４から反応材を噴射し、第一の噴射部４２から地盤改良用媒体を噴射する。各噴射物は、混合されて地盤改良域に攪拌される。また、ロッド４０は、第一と第二の噴射部が噴射を開始すると同時に、第三の噴射部４６とは逆の方向に、噴射により発生した力の影響を受ける。対向する方向への力が加えられることで、ロッドの撓みは最小限に抑えられるため、ロッドの回転軸のぶれが防止される。また、混合後は反応材と地盤改良用媒体が反応して固化が進行し、杭が形成される。

以下、第一の噴射部４２と第二の噴射部４４の配設位置に特徴のある噴射攪拌工法および噴射攪拌装置の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

図３を用いて、実施例１の噴射攪拌工法および噴射攪拌装置について詳説する。この実施例の噴射攪拌工法に用いる噴射攪拌装置噴射攪拌装置１０は、第一の噴射部４２と第二の噴射部４４を水平方向に並列に配置し、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口を略同一方向に向けて設けた点に特徴がある。また、ロッドの回転方向に対して、先側に第二の噴射部４４を配置し、後側に第一の噴射部４２を配置した構成である。
本発明では、ロッドの回転方向の先側に反応材を噴射する第二の噴射部４４を設けて、地盤に対して反応材を先に混合させ、後で地盤改良用媒体を混合させる噴射攪拌工法を開示している。この実施例のロッドの回転方向は、図に示す矢印の方向である。

この実施例の噴射攪拌工法および噴射攪拌装置は、第一の噴射部４２と第二の噴射部４４を同一の高さに位置させている。従って、ロッドの回転に応じて、地盤に対して反応材が先に混合され、その直後に地盤改良用媒体が噴射されて混合される。反応材と地盤改良用媒体をすばやく混合させたい場合に特に有効である。構成第一の噴射部４２と第二の噴射部４４の位置は双方が同一の高さに配置されていればよい。また、噴射口の角度は特に限定されないが、なるべく各噴射部からの噴射方向が平行となるようにすることが望ましい。

図４を用いて、実施例２の噴射攪拌工法および噴射攪拌装置について詳説する。この実施例の噴射攪拌工法に用いる噴射攪拌装置１０は、第一の噴射部４２に対して第二の噴射部４４を所定寸法上に配置し、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口を略同一方向に向けて設けた点に特徴がある。また、ロッドの回転方向に対して、先側に第二の噴射部４４を配置し、後側に第一の噴射部４２を配置した構成である。
この実施例の噴射攪拌工法では、反応材を噴射する第二の噴射部４４を、第一の噴射部４２に対して上方に位置させることにより、反応材が地盤改良用媒体よりも先に地盤に混合される。第一の噴射部４２に対して第二の噴射部４４をどの程度上に位置させるかについては特に限定されないが、反応材と地盤改良用媒体が攪拌ムラなく混合するように近接した適宜の位置を選択すればよい。

本発明の噴射攪拌装置の概略図 本発明の噴射攪拌装置のロッドの断面図 本発明の実施例１の噴射攪拌装置の第一の噴射部および第二の噴射部付近の拡大図 本発明の実施例２の噴射攪拌装置の第一の噴射部および第二の噴射部付近の拡大図

符号の説明

１０ 噴射攪拌装置
２０ 駆動装置
３０ 押圧進入装置
４０ ロッド
４２ 第一の噴射部
４４ 第二の噴射部
４６ 第三の噴射部

Claims (6)

1. 下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドが、第一の噴射部と第二の噴射部を水平方向に並列に配置し、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口が略同一方向に向けて設けられており、
   前記ロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、
   前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、反応材および地盤改良用媒体を同一方向に水平かつ平行に噴射し、所定径の杭を構築する噴射攪拌工法。
2. 下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドが、ロッドの回転方向に対して先側に反応材を噴射する第二の噴射部が設けられ、後側に下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部が設けられており、
   前記ロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、
   前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、ロッドが回転することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合されて、所定径の杭を構築する噴射攪拌工法。
3. 前記噴射攪拌工法において、
   地表に排出させた水を含んだ泥土からなる前記排泥から一定粒径以上の固形物を分離除去し前記地盤改良用媒体と混合して混合媒体を形成し第一の噴射部から地盤改良用媒体として混合媒体を噴射することを特徴とする前記請求項１または２記載の噴射攪拌工法。
4. 前記噴射攪拌工法において、
   地表に排出させた水を含んだ泥土からなる前記排泥から一定粒径以上の固形物を分離除去し前記地盤改良用媒体と混合して混合媒体を形成し圧送ポンプで圧送して第一の噴射部から地盤改良用媒体として該混合媒体を噴射することを特徴とする前記請求項３記載の噴射攪拌工法。
5. 下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドが、第一の噴射部と第二の噴射部を水平方向に並列に配置し、互いの噴射方向がほぼ平行となるように噴射口が略同一方向に向けて設けられており、
   前記ロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、
   前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、反応材および地盤改良用媒体を同一方向に水平かつ平行に噴射し、所定径の杭を構築する噴射攪拌装置。
6. 下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部と、該第一の噴射部と略同一の方向に反応材を噴射する第二の噴射部とを設け、さらに前記第一と第二の噴射部よりも上段に圧縮空気と水とを混合して第一と第二の噴射部と対向する方向に噴射する第三の噴射部を設けたロッドが、ロッドの回転方向に対して先側に反応材を噴射する第二の噴射部が設けられ、後側に下端にセメントミルクを主成分とする地盤改良用媒体を噴射する第一の噴射部が設けられており、
   前記ロッドを地盤中に押圧進入または給進させ、地盤中から前記ロッドを回転させながら引き上げつつ、所定の範囲内に前記第三の噴射部から圧縮空気と水を噴射して地盤改良範囲を円筒形に噴射切削し、切削した排泥を掘削孔を通して地表に排出させるとともに、
   前記第二の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を固める反応材を噴射し、さらに第一の噴射部のノズルから地盤改良用媒体を噴射し、ロッドが回転することにより、地盤に対して先に反応材が混合され、後に地盤改良用媒体が混合されて、所定径の杭を構築する噴射攪拌装置。

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